技術(shù)與計量(土建)---地下工程施工

字號:

第十一節(jié)地下工程施工
    一、概述
    (一)與地下工程施工有關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)
    有關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)主要有:地基處理技術(shù)、錨固技術(shù)、支擋技術(shù)、初砌技術(shù)、爆破技術(shù)。
    (二)影響地下工程施工技術(shù)選擇的主要因素
    主要因素有:洞室圍巖的性質(zhì)、洞室的體型特征、施工條件。
    (三)地下工程開挖與支護施工的主要類型
    施工的主要類型:暗挖法、明挖法、特殊施工方法(連續(xù)墻等).
    二、盾構(gòu)施工技術(shù)
    盾構(gòu)施工是在地表以下土層中暗挖隧道的一種現(xiàn)代技術(shù)。
    1.盾構(gòu)的類型與構(gòu)造
    盾構(gòu)可以從很多方面進行分類,一般分為開放式、部分開放式和封閉式三種類型。
    盾構(gòu)的標準斷面形式為圓形,也有矩形、橢圓形、馬蹄形、半圓、雙環(huán)及多環(huán)形等特殊形狀。
    其基本構(gòu)造則是由鋼殼、推進機系統(tǒng)、襯砌拼裝系統(tǒng)三部分構(gòu)成的,切削刀盤和螺旋輸送機也是盾構(gòu)機的主要設(shè)備。
    盾構(gòu)殼體一般由切口環(huán)、支承環(huán)和盾尾三部分組成;推進系統(tǒng),由液壓設(shè)備和盾構(gòu)千斤頂組成;襯砌拼裝系統(tǒng),拼裝器是該系統(tǒng)的主要設(shè)備,常用的有杠桿式拼裝機和環(huán)式拼裝機兩種形式。
    三、巖石地下工程施工
    (一)鉆爆法施工技術(shù)
    1. 鉆爆法施工技術(shù)的優(yōu)缺點
    其優(yōu)點表現(xiàn)在如下方面:
    (1)比較靈活,可以很快地開始開挖施工;
    (2)可以開挖各種形狀、尺寸、大小的地下洞室;
    (3)既可以采用比較簡單便宜的施工設(shè)備,也可以采用先進、高效、比較貴的施工設(shè)備;
    (4)可以適應(yīng)堅硬完整的圍巖,也可以適應(yīng)較為軟弱破碎的圍巖。
    鉆爆法由于采用爆炸,在城市人口密集地區(qū)不能采用,因為震動可能影響附近的建筑或居民生活,巨大的聲響也是不允許的。因此,一般短洞、地下大洞室、不是圓形的隧洞、地質(zhì)條件變化大的地方都常用鉆爆法
    2.鉆爆法的基本工序和要求
    基本工序:鉆孔、裝藥、放炮、散煙、清撬、出渣、支護、襯砌。鉆孔、出渣是主要工序。
    1).鉆孔
    鉆孔的機具較多主要有手風(fēng)鉆、氣腿風(fēng)鉆、潛孔鉆、鉆車、鉆機等。
    2).裝藥與放炮
    隧洞開挖時,掏槽孔裝藥最多,周邊孔裝藥較少;掏槽孔藥卷直徑大些,連續(xù)裝藥;周邊孔藥卷直徑小些,間隔裝藥;中間塌落孔在兩者之間。中心掏槽孔附近各組之間采用毫秒延遲雷管起爆;靠外邊幾組可采用秒延遲雷管,各相隔1s或2s起爆。
    3).清撬
    是在爆破后將已完全松動,但尚未掉落下來的石塊撬下來。
    4).出渣
    出渣設(shè)備有兩大類:一類是裝卸設(shè)備,一類是運輸設(shè)備。
    常用的裝車設(shè)備有側(cè)卸式輪式裝載機和蟹爪式扒料或氣動式翻斗裝料機。
    常用的運輸設(shè)備有無軌運輸設(shè)備、有軌運輸設(shè)備(軌距610mm,0.6m3/車)。
    5).通風(fēng)
    主要通風(fēng)方式有兩種:壓入式、吸出式;大型的地下洞室一般要布置一些通風(fēng)豎井、斜井。
    6).其他輔助工作
    (二)TBM法施工技術(shù)
    掘進機法,簡稱TBM法。
    1.全斷面掘進機的開挖施工
    全斷面掘進機適宜于打長洞。
    2.獨臂鉆的開挖施工
    獨臂鉆適宜于開挖軟巖,不適宜于開挖地下水較多,圍巖不太穩(wěn)定的地層。
    3.天井鉆的開挖施工
    天井鉆是專用來開挖豎井或斜井的大型鉆具。
    4.帶盾構(gòu)的TBM掘進法
    當(dāng)圍巖是軟弱破碎帶時,采用帶盾構(gòu)的TBM,是一種較好的方法。
    例題、當(dāng)圍巖是軟弱破碎帶時,采用[D ]是一種較好的方法。
    A、全斷面掘進機
    B、獨臂鉆
    C、天井鉆
    D、帶盾構(gòu)的TBM
    四、地下工程的幾種特殊開挖施工技術(shù)
    (一)地下工程施工中的幾種特殊開挖方法
    地下工程施工的特殊開挖方法主要有:氣壓室法、冷凍法、分部開挖、分部支護法、超前灌漿、超前錨桿法。
    (二)長距離頂管技術(shù)
    長距離頂管的施工程序是:先在管道的一端挖掘工作坑(井),完成后在其內(nèi)安裝頂進設(shè)備,將管道頂入土層,邊頂進邊挖土,將管段逐節(jié)頂入土層內(nèi),直到頂至設(shè)計長度為止。
    1.頂管技術(shù)的基本設(shè)備
    頂管施工的基本設(shè)備主要包括管段前端的工具管,后部頂進設(shè)備及貫穿前后的出泥與氣壓設(shè)備,此外還有通風(fēng)照明等設(shè)施。
    工具管是長距離頂管的關(guān)鍵設(shè)備,從前向后由沖泥倉、操作室和控制室組成,頂進設(shè)備主要包括后座、主油缸、頂鐵和導(dǎo)軌等,出泥設(shè)備主要是吸泥機,此外還需有壓縮空氣供氣系統(tǒng)、照明系統(tǒng)。
    2.頂管施工的關(guān)鍵技術(shù)與措施
    長距離頂管的主要技術(shù)關(guān)鍵是:頂力問題、方向控制、制止正面坍方。
    主要技術(shù)措施是:穿墻、糾偏與導(dǎo)向、局部氣壓、觸變泥漿減阻、中繼接力頂進。
    例題、長距離頂管的主要技術(shù)關(guān)鍵是[ ]:
    A、頂力問題、
    B、方向控制、
    C、壓力問題
    D、制止正面坍方。
    E、制止側(cè)面坍方
    答案:ABD
    (三)氣動夯管錘鋪管施工
    1.氣動夯管錘鋪管施工設(shè)備和配套機具
    (1)主機。
    (2)動力系統(tǒng)。
    (3)注油與管路系統(tǒng)。
    (4)連接固定系統(tǒng)。
    (5)注漿系統(tǒng)。
    (6)清土系統(tǒng)。
    (7)輔助工具。
    2.氣動夯管錘鋪管的特點
    (1)地層適用范圍廣。
    (2)鋪管精度較高。
    (3)對地表的影響較小。
    (4)夯管錘鋪管適合較短長度的管道鋪設(shè),
    (5)對鋪管材料的要求。夯管錘鋪管要求管道材料必須是鋼管,若要鋪設(shè)其他材料的管道,可鋪設(shè)鋼套管,再將工作管道穿人套管內(nèi)。
    (6)投資和施工成本低。
    (7)工作坑要求低,通常只需很小施工深度,無需進行很復(fù)雜的深基坑支護作業(yè)。
    (8)穿越河流時,無需在施工中清理管內(nèi)土體,無滲水現(xiàn)象,確保施工人員安全。
    (四)導(dǎo)向鉆進法施工
    1.導(dǎo)向鉆進法施工的基本原理
    大多數(shù)導(dǎo)向鉆進采用沖洗液輔助破碎,鉆頭通常帶有一個斜面,因此當(dāng)鉆桿不停地回轉(zhuǎn)時則鉆出一個直孔,而當(dāng)鉆頭朝著某個方向給進而不回轉(zhuǎn)時,鉆孔發(fā)生偏斜。導(dǎo)向鉆頭內(nèi)帶有一個探頭或發(fā)射器,探頭也可以固定在鉆頭后面。當(dāng)鉆孔向前推進時,發(fā)射器發(fā)射出來的信號被地表接受器所接收和追蹤,因此可以監(jiān)視方向、深度和其他參數(shù)。
    成孔方式有兩種:干式和濕式。干式鉆具由擠壓鉆頭、探頭室和沖擊錘組成,靠沖擊擠壓成孔,不排土。濕式鉆具由射流鉆頭和探頭室組成,以高壓水射流切割土層,有時以頂驅(qū)式?jīng)_擊動力頭來破碎大塊卵石和硬地層。兩種成孔方式均以斜面鉆頭來控制鉆孔方向。若同時給進和回轉(zhuǎn)鉆桿,斜面失去方向性,實現(xiàn)保直鉆進;若只給進而不回轉(zhuǎn),作用于斜面的反力使鉆頭改變方向,實現(xiàn)造斜。鉆頭軌跡的監(jiān)視,一般由手持式地表探測器和孔底探頭來實現(xiàn),地表探測器接收顯示位于鉆頭后面探頭發(fā)出的信號(深度、頂角、工具面向角等參數(shù)),供操作人員掌握孔內(nèi)情況,以便隨時進行調(diào)整。
    2.鉆頭的選擇依據(jù)
    (1)在淤泥質(zhì)粘土中施工,一般采用較大的鉆頭,以適應(yīng)變向的要求。
    (2)在干燥軟粘土中施工,采用中等尺寸鉆頭一般效果(土層干燥,可較快地實現(xiàn)方向控制)。
    (3)在硬粘土中,較小的鉆頭效果比較理想,但在施工中要保證鉆頭至少要比探頭外筒的尺寸大12mm以上。
    (4)在鈣質(zhì)土層中,鉆頭向前推進十分困難,所以,較小直徑的鉆頭效果。
    (5)在粗粒砂層,中等尺寸的鉆頭使用效果。在這類地層中,一般采用耐磨性能好的硬質(zhì)合金鉆頭來克服鉆頭的嚴重磨損。另外,鉆機的錨固和沖洗液質(zhì)量是施工成敗的關(guān)鍵。
    (6)對于砂質(zhì)淤泥,中等到大尺寸鉆頭效果較好。
    (7)對于致密砂層,小尺寸錐形鉆頭效果,但要確保鉆頭尺寸大于探頭筒的尺寸。在這種土層中,向前推進較難,可較快地實現(xiàn)控向。另一方面,鉆機錨固是鉆孔成功的關(guān)鍵。
    (8)在礫石層中施工,鑲焊小尺寸硬質(zhì)合金的鉆頭使用效果較佳。
    (9)對于固結(jié)的巖層,使用孔內(nèi)動力鉆具鉆進效果。
    例題:導(dǎo)向鉆進法鉆頭的選擇正確的有[ ]
    A. 淤泥質(zhì)粘土中施工,一般采用較小尺寸的鉆頭
    B. 干燥軟粘土中施工,采用中等尺寸鉆頭
    C. 鈣質(zhì)土層中,采用較大直徑的鉆頭
    D. 在粗粒砂層,采用較大直徑的鉆頭。
    E. 對于砂質(zhì)淤泥,采用中等到大尺寸鉆頭效果較好
    答案:B .E
    3.導(dǎo)向孔施工
    導(dǎo)向孔施工步驟主要為:探頭裝入探頭盒內(nèi);導(dǎo)向鉆頭連接到鉆桿上;轉(zhuǎn)動鉆桿,測試探頭發(fā)射是否正常;回轉(zhuǎn)鉆進2m左右;開始按設(shè)計軌跡施工;導(dǎo)向孔完成。
    導(dǎo)向孔施工多采用手提式地表導(dǎo)航儀來確定鉆頭所在的空間位置。導(dǎo)向儀器由探頭、地表接收器和同步顯示器組成。探頭放置在鉆頭附近的鉆具內(nèi)。
    鉆進時應(yīng)特別注意糾偏過度,即偏向原來方向的反方向。為了避免這種情況的發(fā)生,鉆進少量進尺后便進行測量,檢驗調(diào)整鉆頭方向。
    4.?dāng)U孔施工
    擴孔是將導(dǎo)向孔孔徑擴大至所鋪設(shè)的管徑以上,以減小鋪管時的阻力。
    (五)其他非開挖施工方法
    氣動夯管錘鋪管法和導(dǎo)向轉(zhuǎn)進法都屬于非開挖管線工程施工技術(shù),一般適用于管徑小于900mm的管線鋪設(shè)工程。除了這兩種方法以外,常用的還有沖擊矛法、油壓夯管錘法、水平螺旋鉆進法、滾壓擠土法、微型隧道法等等。
    2006考題:地下管線工程施工時,常用的造價較低,進度較快,非開挖的施工技術(shù)有(CDe)
    A氣壓室法
    B冷凍法
    C長距離頂管法
    D氣動夯錘鋪管法
    E導(dǎo)向鉆進法